[发明专利]一种轴向热收缩率小于0.5％的3D打印线材、制备工艺方法及制造装置

权利要求书

1.一种轴向热收缩率小于0.5％的3D打印线材，其包括热塑性聚合物线材基质，其特征在于在所述热塑性聚合物线材基质中，沿轴向间隔错位设置有数条玻璃纤维或碳纤维，所述玻璃纤维或碳纤维其长度方向与所述热塑性聚合物线材轴向同向；所述热塑性聚合物线材基质为聚丙烯腈/丁二烯/苯乙烯聚合物、聚乳酸或尼龙；所述玻璃纤维或碳纤维以体积比计，其占所述3D打印线材体积的10-50％，所述玻璃纤维或碳纤维的直径<10μm、弹性模量>70GPa、强度>2GPa。

2.根据权利要求1所述的轴向热收缩率小于0.5％的3D打印线材，其特征在于所述玻璃纤维或碳纤维以体积比计，其占所述3D打印线材体积的20％。

3.根据权利要求1所述的轴向热收缩率小于0.5％的3D打印线材的制备工艺方法，其步骤如下：1)混合挤出：首先，在热塑性聚合物中添加重量百分比小于0.1％的塑化剂作为线材基质，然后将玻璃纤维或碳纤维混合在熔融态的热塑性聚合物线材基质中，并挤出成线材；混合挤出温度为熔融温度基础上增加5℃～50℃；2)超强拉伸：将挤出冷却的线材从锥形滚筒的小直径端开始缠绕数圈在所述锥形滚筒外表面上，并从大直径端绕出进行拉伸；所述锥形滚筒的拉伸温度为在所述热塑性聚合物线材基质玻璃化温度基础上增加5～50℃；3)退火冷却：将拉伸冷却后的线材进行退火，退火温度为在所述热塑性聚合物线材基质玻璃化温度基础上增加5～50℃，退火时间2秒至2分钟，退火完成后室温下冷却；所述热塑性聚合物线材基质为聚丙烯腈/丁二烯/苯乙烯聚合物、聚乳酸或尼龙；所述玻璃纤维或碳纤维以体积比计，其占所述3D打印线材体积的10-50％。

4.根据权利要求3所述的轴向热收缩率小于0.5％的3D打印线材的制备工艺方法，其特征在于在步骤3)后还包括卷绕步骤，将退火冷却后制备的3D打印线材卷绕在收集卷轴上。

5.根据权利要求3所述的轴向热收缩率小于0.5％的3D打印线材的制备工艺方法，其特征在于所述步骤1中挤出的线材直径为2mm。

6.根据权利要求3所述的轴向热收缩率小于0.5％的3D打印线材的制备工艺方法，其特征在于所述玻璃纤维或碳纤维添加量以体积比计，其占所述线材体积的20％。

7.根据权利要求1所述的轴向热收缩率小于0.5％的3D打印线材的制造装置，其包括挤出装置，所述挤出装置包括带有加热装置的螺杆送料器和与所述螺杆送料器前端连接的挤出模具；其特征在于还包括与拉伸装置、退火装置；在所述螺杆送料器上由后向前依次设置有热塑性聚合物线材基质加料口和纤维加料口；所述拉伸装置包括可转动的锥形滚筒，在所述锥形滚筒内周壁上设置有对其进行加热的加热装置；所述退火装置为加热装置；在所述挤出装置、拉伸装置及退火装置之间分别设置有数个导引轮，经所述挤出装置挤出的线材经所述导引轮自所述锥形滚筒小直径端缠绕数圈在所述锥形滚筒外表面上再由其大直径端绕出拉伸后经所述导引轮穿过所述退火装置退火，再经所述导引轮在室温下冷却。

8.根据权利要求7所述的制备轴向热收缩率小于0.5％的3D打印线材的制造装置，其特征在于还包括卷绕装置，所述卷绕装置包括可转动的收集滚筒，拉伸退火冷却后的线材被收集在所述收集滚筒上。